Hippo信號通路與腫瘤發生的研究進展*

邱勤明　石秋燕　王江　楊莉佳　潘巍巍

(嘉興學院醫學院，浙江 嘉興　314001)

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綜述

Hippo信號通路與腫瘤發生的研究進展*

邱勤明1石秋燕1王江楊莉佳潘巍巍△

(嘉興學院醫學院，浙江 嘉興314001)

Research progress of hippo pathway and tumorigenesis*

Qiu Qin-ming, Shi Qiu-yan, Wang Jiang, Yang Li-jia, Pan Wei-wei△

(Medical college of Jiaxing University, Zhejiang Jiaxing 314001)

摘要Hippo信號通路是近年來研究發現的能夠協調細胞增殖、細胞死亡和細胞分化，調控組織生長的一個高度保守的生長控制信號通路，其核心成分是Yap/Taz等轉錄調控因子。該信號通路的組成原件包括Mst1/2、Sal、Last1/2和Mob1，這些蛋白具有腫瘤抑制功能，Yap/Taz具有致瘤作用。因此該信號通路與控制器官大小，癌癥的發生有著密切的關系。本文主要介紹Hippo信號通路在器官大小控制和癌癥發生中的作用。

關鍵詞：Hippo信號通路；器官大小控制；癌癥

Hippo信號通路在調節生長發育過程中起到非常重要的作用。最先在果蠅中發現這條路徑的突變，它可以導致果蠅組織增生。在過去的十年里有研究表明Hippo信號通路能調控組織生長，協調細胞增殖、細胞死亡和細胞分化[1]。

1Hippo信號通路的組成

Hippo信號通路在不同的物種中高度保守，包括多細胞動物果蠅、小鼠和哺乳動物。在果蠅中最先發現的Hippo信號通路因子是腫瘤抑制因子(Warts，wts)，河馬蛋白(Hippo，hpo)和接頭蛋白(Salvador，sav)。Wts編碼一個核心的蛋白激酶(NDR)。Hpo激酶與銜接蛋白sav相聯系，磷酸化激活wts激酶，而wts激酶與mats結合磷酸化Yorkie(Yki)。有學者已證實Hippo信號通路通過抑制細胞凋亡和增加細胞增殖來限制器官大小。這種調控的實現至少需要目標基因，比如cycE、diap1的轉錄激活。這暗示著轉錄調節因子是Hippo信號通路的下游效應器。確實，在果蠅中已證實轉錄輔激活因子Yki是Hippo信號通路下游的有效效應因子，wts可直接磷酸化Yki，并導致Yki在胞質中滯留和失活。

在哺乳動物中，Hippo信號通路的主要功能是抑制轉錄調節因子Yap和Taz的活性[2]，其核心組成元件為Mst1/2(Ste20組蛋白激酶的成員，Hpo同系物)，Lats1/2(AGC激酶家族的成員, wts同系物)[3]，以及它們的適配器蛋白質SAV[4]和 Mps-one binder 1(Mob1，mats同系物)。LAST1/2被MST1/2磷酸化，可能也有自磷酸化作用。SAV1通過SARAH結構域與MST1/2相互作用，然后被MST1/2磷酸化。MOB1被MST1/2磷酸化，增強了其與LAST1/2的相互作用。MST1/2是促凋亡的激酶，通過與Ras相關域家族(RASSF)蛋白結合而被激活，這可能是因為 MST1/2亞細胞位置定位改變而引起的。MST1/2的激活導致LAST1/2的磷酸化和激活。Hippo信號通路通過促進LAST1/2從而磷酸化YAP的五大結合域HXRXXS，并轉錄共激活TAZ蛋白的PDZ結合域來維持組織大小。磷酸化的YAP和TAZ通過與14-3-3結合域結合，抑制自身活性，使其在細胞質堆積，促進泛素化介導的蛋白發生水解。YAP和TAZ通過調節不同轉錄因子的活性，如TEADs(TEA domain family member)和Smads，來促進組織生長和細胞存活。TEADs是介導YAP，TAZ和YKI的關鍵下游因子，但是，這些因子如何調節組織生長的具體機制還不清楚。Hippo信號通路上游蛋白主要通過激活核心蛋白激酶元件從而抑制YAP的活性，其次核心蛋白激酶也能與YAP形成復合物，將其招募到細胞連接處，從而阻止YAP進核，使其滯留在細胞質中。

實驗證明，緊密連接和縫隙連接復合物可以和YAP緊密結合，從而調節YAP/TAZ的活性。例如，AMOT蛋白可以與YAP結合并將其定位在細胞緊密連接或肌動蛋白骨架上。此外，AMOT蛋白還可以誘導LAST1/2的活性。因此，AMOT蛋白可以通過依賴LAST1/2和非依賴LAST1/2的機制調節YAP的活性。粘合連接的組成原件α-catenin可以與14-3-3和磷酸化的YAP形成三聚體從而調節YAP的活性。

2Hippo信號通路與器官大小控制：

器官發育是形態形成相協調和器官大小增加的過程，它是通過信號通路之間的廣泛交叉對話來實現的。最近研究表明Hippo信號通路能與其他信號通路相互影響從而控制器官的大小，比如TGF-beta信號通路、Wnt信號通路、Notch信號通路、Hedgehog信號通路。Wnt信號通路在組織發育中扮演著重要角色，該通路異常激活與人類多種癌癥的形成有關，尤其是消化道癌癥[5]。Hippo途徑抑制Wnt信號從而抑制心肌細胞增殖和控制心臟大小。Notch信號通路是另一條與多細胞動物發育有關的重要信號通路，它與人類多種疾病有關，包括癌癥。它與hippo信號通路相互作用對果蠅的視神經上皮的增殖和分化有一定的影響。Hedgehog信號通路是細胞分化、組織極性和細胞增殖的主要調控者器官大小的控制是生物學最基本的問題，但是人們對于它的潛在機制知之甚少。在過去的十年中發現，Hippo信號通路在器官大小的控制中扮演著重要的角色。

在果蠅中，Hippo信號通路的突變將導致器官增大；Hippo信號通路在哺乳動物中也能控制器官大小。例如，在外源導入Yap的轉基因小鼠中，YAP的過表達導致肝體積增大4倍，但是抑制YAP的表達后肝臟體積可恢復正常。然而持續的YAP過表達將導致腫瘤的形成[6]。相似的肝特異性表達在mst1和mst2，sav1或mer敲除的模型中也可觀察到。Yap的過表達和基因擴增在人類癌癥和小鼠乳腺癌模型中也被觀察到。此外YAP蛋白水平的提高和核定位在人類多種癌癥中被觀察到，YAP的此種改變可能對一些特定的人類癌癥有評估預后的價值。而且TAZ(YAP的旁系同源)的過表達在人類乳腺癌樣本和非小型肺癌中是明顯的。這些研究強調了Hippo信號通路在器官大小控制和癌癥形成中的重要作用。最近的研究表明Hippo信號通路控制器官大小是通過拉伸和壓縮。在培養的哺乳細胞中，Hippo信號通路感應細胞骨架肌動蛋白的張力狀態，當細胞被拉伸，YAP和TAZ的活性升高；當細胞被壓扁，YAP和TAZ的活性受到抑制。

總結以上，這些基因的研究可以證明Hippo信號通路確實是器官大小控制的關鍵調控因子。此外，基因突變與細胞極性和細胞間粘連有關，并且可導致器官大小的顯著改變。最近發現可以通過細胞極性和細胞粘附蛋白調控Hippo信號通路，此種調控是Hippo信號通路和細胞極性蛋白在器官大小調節中交叉對話的基礎。在果蠅中與細胞極性和細胞結合有關的數個基因突變，會導致大量過度的生長，如Lgl突變可導致Yki的核轉錄增加，Hippo信號通路靶基因在果蠅上皮組織中上調。

3Hippo信號通路與癌癥

Hippo信號通路在不同物種中控制器官大小，通路的反?？烧T導腫瘤的發生，與人類多種癌癥的發生有關，包括胃癌、結腸癌、卵巢癌、前列腺癌、肺癌和肝癌。無限制的細胞增殖是腫瘤形成的前提。

Mer是已得到確認的人類腫瘤抑制基因，它的突變將導致神經系統、眼睛、皮膚的損傷。mob1和sav1的突變，已經在人腎癌細胞株、皮膚和色素瘤中被觀察到。其他Hippo信號通路元件在癌癥樣本中也被觀察到異常表達，比如RASSF1是一種在人類癌癥中最普遍的沉默基因，它的啟動子超甲基化，并且在一些人類癌癥中mst和lats的表達向下調節。與此形成對照的是，TAZ在乳腺癌中被發現向上調節，尤其是在浸潤性導管癌中更明顯。在果蠅的囊胚中，Yki活性增加可以加快細胞周期進程。在小鼠組織中，YAP的過表達或異常激活可以誘導多種組織過度增殖，包括肝臟、胃腸道、皮膚和心臟。此外，有研究表明YAP和TAZ活性的異常能夠阻止經典的腫瘤抑制檢測點。這些均說明Hippo信號通路異常會引起細胞增殖。有些粘合蛋白、E-鈣粘蛋白、Crumbs、PATJ、PALS能夠與YAP和TAZ形成復合物并且調控YAP和TAZ。這些蛋白被認為能夠通過在細胞節點分離它們形成的復合物而抑制YAP和TAZ，如此可以阻止YAP和TAZ進核。因此，YAP和TAZ機能亢進可能會促進腫瘤細胞的增殖。

此外，細胞間失去接觸抑制也會引起癌癥的發生。接觸抑制是當細胞與相鄰細胞接觸時，貼壁細胞停止增殖的一種現象，它是避免組織過度增長的機制，能夠維持機體組織的正常形態。有趣的是，失去Hippo信號通路上游蛋白NF2或者YAP的過表達，能夠刺激細胞克服接觸抑制，使細胞的接觸抑制喪失。另外，在培養細胞中發現，YAP和TAZ的活性和亞細胞定位可通過接觸抑制來調控，但其具體機制還不是很清楚。有一種可能是，當細胞匯合時，它們之間形成穩定的節點并且通過結合蛋白相互作用而分離一定比例的YAP和TAZ細胞群。在果蠅上皮組織的進一步研究中發現，YKI突變會驅動組織過度生長，并且使得肌動蛋白的聚合增加。Hippo信號通路的這種感應能力，可能是因為人類腫瘤中YAP和TAZ活性的升高。Hippo信號通路的反常可能是腫瘤細胞轉移的強效促進因子，當YAP過表達時能促進培養細胞的上皮—間質轉化(Epithelial-mesenchymal transition，EMT)，并且抑制失巢凋亡(Anoikis)。然而Hippo信號通路的異常在人類癌癥轉移中已經被觀察到，比如乳腺癌和前列腺癌。

現在的觀點認為Hippo信號通路致癌的原因可能是具有致癌蛋白YAP/TAZ所代表的腫瘤抑制基因(TSGs)[7]，所以YAP/TAZ很有可能具有致癌作用。在小鼠實驗中已經證明，mst1/2的敲除將會導致不同類型腫瘤的發生，然而Yap的過表達就可導致腫瘤的形成。敲除last1的小鼠也發生腫瘤。但是Yap不是總是具有致瘤作用的。現已有證據說明Yap的致作用或腫瘤抑制功能依賴于乳腺癌亞型。這不僅是對人類乳腺癌有效，在結腸癌中也觀察到了該現象。Camargo和他的同事描述了鼠腸中Yap的生長抑制功能和Yap在人類大腸癌中的沉默[8]。與此相反，其他研究發現在人類的結直腸癌中Yap有上調，以及需要YAP在β連環蛋白驅動人類結腸癌細胞株的生存和轉換[9]。因此,未來的研究應該在癌癥亞型分析的基礎上針對腫瘤抑制和/或Yap的致瘤功能(也包括TAZ)。最有可能的是，Hippo信號依賴和獨立Yap /Taz的機制涉及機械和細胞骨架的變化這些將需要更深入的研究和結合臨床情況。

Hippo信號轉導通路包括Mst1/2、Ww45、Last1/2、Mob1、Yap、Taz和Mer 等，其中Hippo信號轉導通路核心是Yap基因。Yap基因與胰腺導管腺癌、非小細胞肺癌、胃癌、肝癌、乳腺癌等都有關，Yap的上游有Mst1/2、Ww45、Lats1/2、Mob1等腫瘤抑制因子，通過磷酸化和促進細胞質/細胞核轉位對YAP起負性調節作用[10,11]。LAST1/2是Hippo信號通路核心分子激酶組成的最后一個成員，可以磷酸化YAP的激酶，LAST1與YAP直接相互作用，研究證明LAST1能有效抑制YAP，通過對Lats1基因進行敲除進一步證實YAP是LAST1的主要作用靶點，促進腫瘤的發生。在胃癌、乳腺癌、食管癌、前列腺癌、肺癌等多種惡性腫瘤中，Lats1/2表達出現突變或下調的現象。Hippo通路中其他因子通過磷酸化負性調控YAP水平[12]，和YAP過度表達類似，Hippo通路中其他因子的突變能增加YAP的活性，導致下游轉錄因子cyclinE，DIAP1等表達增加，促進細胞增殖，抑制細胞凋亡。YAP轉錄輔助活性取決于YAP在細胞內的位置，位于細胞核內時，它與轉錄激活因子一起共同啟動基因轉錄，YAP磷酸化后轉位進入胞漿于胞漿中積聚，胞漿中的YAP通過磷酸化的ser127與14-3-3白相結合而無法進入細胞核從而喪失作為轉錄輔激活因子的功能。過度表達的Yap使誘導多能干細胞(Induceded pluripotent stem cells，iPS)重編程效率提高2倍，YAP可和多種與干細胞相關的轉錄因子如(PcG)蛋白、Nanog、Oct4、和Sox2結合，調節干細胞。通過對大量的人肝癌組織和正常肝組織的檢測分析，發現YAP的表達和腫瘤細胞的低分化、高血清AFP 表達及再發腫瘤的血管滲透呈強烈正相關。在細胞質中，正常卵巢組織和卵巢癌組織YAP陽性率分別是50%，98%，差異有顯著性。在胰腺癌組織中，Yap mRNA表達水平較正常胰腺組織和慢性胰腺炎組織分別高2.5倍和1.3倍。在胃癌及肝癌中也有類似結果。雖然多數研究認為[13]，YAP作為促癌因子促進腫瘤的發生，但在某些情況下，YAP具有促調亡的作用，主要表現在DNA損傷時，PML募集YAP及p73蛋白到核體內，做為轉錄輔助激活因子YAP增強p73相關調亡基因的轉錄；此外，Danovi等人的研究也發現，YAP是介導c-Jun依賴性調亡的重要蛋白質；基于以上發現，有研究者質疑Yap 做為癌基因在腫瘤發病機制中的作用，Yuan等人進行的乳腺癌的研究中，Yap在乳腺癌中的表達明顯下調甚或缺失，YAP缺失的乳腺癌細胞表現出更強的侵潤及轉移的能力；動物模型中，該基因敲除的裸鼠腫瘤發生早而且生長迅速。因此，一些研究者認為Yap作為癌基因的角色需要重新考慮。也有一些研究者提出Yap到底作為癌基因或者是抑癌基因與具體的內環境及腫瘤本身有關。

Hippo信號通路在癌癥中的異常使得這條通路可以作為一個抗癌治療策略的有趣靶點[14]。比如靶向激酶，同源結構域相互影響蛋白激酶2(Homeodomaininteracting protein kinase 2，HIPK2)是最具希望的靶點。從功能上來說，Hippo信號通路最吸引人的治療靶點是關鍵癌蛋白YAP和TAZ，這些治療靶點是我們現階段很感興趣的研究方向。

4總結與展望

由此可知，Hippo信號通路調控著器官大小，而且并不是單一地發揮作用，而是與其他信號通路相互作用。Hippo信號通路也參與了人類多種癌癥的發生，尤其是YAP和TAZ[15]，但是我們對它所參與疾病機制的研究還有待深入。對該通路的深入研究，不僅為我們靶向研究相關的治療措施提供方向，而且對于尋找新的治療靶點有積極意義?？傊?，進一步的研究Hippo信號通路有利于今后人類多種癌癥、干細胞疾病、組織再生等的治療，提高腫瘤治療的特異性和靶向性，減少藥物對正常干細胞的損傷以及在癌癥中的耐藥機制。該通路與其他信號通路在器官大小控制，癌癥中有著怎樣的聯系，是否存在網絡系統，都有待與我們進一步研究。

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(收稿日期：2015-11-9)

作者簡介：邱勤明，男，臨床醫學學生， Email：915892505@qq.com。共同一作：石秋燕，女，臨床醫學學生，Email：1227548598@qq.com。△通訊作者：潘巍巍，女，副教授，主要從事細胞生物學研究，Email：aidspan@163.com。

*基金項目：嘉興學院SRT項目(編號：851714067)和浙江省大學生科技創新項目(編號：2014R417001)

1共同一作